流体力学与水力学实验报告及指导书.docx

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1、流体力学与水力学试验名目第一章流体力学基础试验（） 1-1流体静力学试验（） 1-3动量方程试验 （） 1-5局部水头损失试验 （）1-6文丘里流量计、孔板流量计的标定试验 （） 1-8雷诺试验（）第一章流体力学基础试验本章介绍流体力学的基础试验。基础试验是指用传统的测试手段测量流体运动的压强、速度、流量等基本参数。这些试验都是教学大纲要求的必做试验。1-1流体静力学试验试验目的1 .观看测点的测压管水头（位置水头与压强水头之和），深入对静压强公式的理解。2 .求未知液体的密度试验装置调压筒密封水箱12345677 l 图静压强试验仪图是一种静水压强试验仪。管1为开口测压管，管2和管3,管4和

2、管5,管6和管7各组成一个U形管。管1、2、3均与水箱接通，构成一个连通器。其中，管1与密封水箱中部某点接通。管2、3与水箱底部某点接通。管4和管6与水箱上方的气体压强接通。管4、5和管6、7分别盛有两种液体，其密度为0和22。水箱上方有密封阀，水箱液面上的气体与大气不相通，其压强为po。调压箱通过软管与水箱接通。上、下移动调压管就可以转变水箱中的水位，也转变水箱中密封气体的压强po。假如调压筒水面高于水箱的水面，水将从调压筒流入水箱，此时，水箱中的密封气体的体积将减小，压强增大。密封气体压强高于当地大气压，poPa0反之，则po% （调压筒液面高于水箱液面）和p0(Z5-Z4),则Pi和0哪

3、个较大?数据整理及误差分析流体力学试验的数据整理是件简单的工作，为此，可编制数据处理系统供试验课使用。图是编者研制的数据处理系统的静水压强试验数据表界面。试验装置中的未知液体的密度值分别为月=800 kg, p2 = 1000 kgm3 o由数据表看出，测量误差小于7%,引起误差的主要缘由是仪器的水柱高度读数的精度不够。水柱高度的刻度为mm,小数点后面的值是目估的，从而引起误差。1.3动量方程试验试验目的用杠杆法测量水流对档板的冲击力，并用动量方程计算水流对档板的作用力，两者进行比较，深入对动量方程的理解。试验装置及试验原理水箱图动量方程试验仪图是本试验使用的试验装置示图。水箱为试验供应稳压水

4、源，水箱的溢流板上开设若干泄流孔。开、闭这些泄流孔可以掌握水位的凹凸。水流从设在水箱下部的管嘴射击，冲击一个轴对称曲面档板，档板将射流冲击力传递给杠杆。移动祛码到某一位置，可使杠杆保持平衡。本试验用杠杆平衡原理测量射流的冲击力。此外，再用流体力学的动量方程计算射流对档板的作用力，并比较这两个冲击力的大小，以便进行误差分析。设硅码的重量为G,作用力臂为L,射流的作用力为F,作用力臂为L。当杠杆平衡时,有()F = G5L图动量方程用图射流的冲击力也可以由动量方程算出，图是计算用图，设射流的偏转角度为。(即入射速度矢量转到出流速度矢量所旋转的角度)，射流的流量为入射速度为匕则有F - pV(l-c

5、os)()本试验的射流偏角有90 , 135 , 180等3种。试验步骤1 .试验前，调整平衡锤的位置，使杠杆处于水平状态。2 .开启水泵，向水箱充水。调整溢流档板泄孔的开启程度，使水箱的水位保持在某一高度位置。3 .打开出流孔口，使水流冲击挡板。4 .移动硅码至相宜位置，使杠杆保持水平，纪录数据。5 .转变水位，重复以上测量。此外，也可以更换另一种偏转角的挡板，并进行相应的测量。6 .试验结束后，关闭水泵，取下祛码，排空水箱。测量内容：流量、祛码力臂。数据处理及误差分析图是数据表的界面。冲击力的实测值与计算值存在肯定误差。引起误差的缘由有两个,一是杠杆支座存在摩擦力，另一个缘由是动量方程没有

6、考虑重力对水流的影响，认为射流的反射速度为轴对程分布。其实，在重力作用下，挡板下部的反射水流速度大于上部的反射水流速度。思索题1 .请自己推导方程()2 .试验中如何确定祛码的作用力臂？3 .本试验的流量是用什么方法调整的？图动量方程试验数据表1.5局部水头损失试验试验目的测量管流中的5种局部水头损失，并确定局部损失系数。试验装置图所示的局部水头损失试验仪，由水泵、稳压水箱、试验管段，局部损失(截面实扩,截面突缩，90弯管，180。弯管，90折管)管件、21支测压管、回水箱组成。此外，本试验用手工体积法和电子流量计两种方法测量管流的流量。21支测压管中，有些是用于测量局部水头损失，有些则用于演

7、示管流中水流静压的变化状况。这里着重介绍电子流量计。这种流量计由量水筒，水位传感器，单板机，显示表组成。图1.5. 2a表示电子流量计的工作原理。量筒左侧有玻璃水位指示管，右侧有虹吸管。水位传感器A、B用于纪录水位信息。当水面提升到B时，单板机开头计时，当水面提升到A时，单板机结束计时，两个时间之差为充水时间，A、B之间的量筒体积(887cm3)为充水体积。体积与时间之比为流量。当水面连续提升，沉没虹吸管之后，水流在虹吸作用下自动出流，直至放空，同时还发出一种排空声响。这样，每隔一段时间，量筒中的水就会自动排空，无需人为操作。测量流量时，将出水通过漏斗引入量筒。水面到达A、B的时间由单板机自动

8、纪录并显示在流量计的面板上。流量仪表的板面上设有电源开关，掌握电源的接通与断开。参见图。板面上有“时间”、“体积”、“流量”、“测量”等四个命令按钮。当按下“测量”按钮时，仪器开头测量。假如按下“时间”、“体积”、“流量”，则仪表上显示时间、体积、流量的数值。板面上还有三个指示灯，显示仪器的工作状态。测量的指示灯点亮，表示正在测量。2 0191817161514131211 io 9 8 7 6 54 3 2稳压水箱图局部损失试验仪图电子流量计的量筒,05121.36 fnl!s oml/s测量丽硝畸礴图电子流量计的面板测量之前，先按下板面上的“测量”按钮，这时候仪表就开头工作，量筒充水时，仪

9、表连续显示充水时间（秒）。充水结束后，仪表立即显示出流量值（单位：ml/s ）o假如要显示充水时间和充水体积，可以分别按下“时间”、“体积”按钮。电子流量计有时会发生故障。最常见的故障是虹吸管能够排水，但没有虹吸的抽水作用,参见图b。这种状况下，量筒以及水位器水位稳定在某些方面某一高度，充水不能自动排空。排解故障的方法，是加大出水量，使虹吸管满顶，充水就能排空。试验原理对局部损失管件的上、下游某断面应用伯努利方程，就可以求得局部水头损失，现分别予以说明。突扩管：使用测压管3, 9测量突扩管上、下游的压差，相应的伯努利方程为心”犷不咚0- 2g 2g 2g速度等于流量除以管道截面积，水柱高度可直

10、接读取，这样，由上式很简单求出局部损失系数由流体力学，4的理论值为：()将理论值和实测值相比较，就可以确定测量误差。突缩管：使用测压管11, 12测量突缩管上、下游的压差，相应的伯努利方程是y2%+广=% +2g2g+V.2()管流速度，可由流量算出，液柱高度可直接读出，因而突缩管的局部损失系数不难算出。在流体力学中，实缩管的局部损失系数的阅历公式为()比较实测值和阅历值，就可以计算测量误差。90弯管：计算90。弯管的局部水头损失所用的伯努利方程为42g=h5 +2g由此得到90弯管的局部损失系数=(14-)%()查阅有关手册，90弯管的局部损失系数的阅历值为4 = 0.19。180弯管：与9

11、0弯管的状况相像，180。弯管的局部损失系数可由下式计算:(A16 z7)()很少有文献供应180弯管的阅历公式。编者对本试验装置进行数次量测，得到局部损失系数的平均值为二二 0.27 090折管：列出截面18、19的伯努利方程:可见()()有关手册给出的900折管的阅历值为试验步骤1 .启动水泵，向水箱充水，同时略微打开尾阀，让水在管流中缓慢流淌。2 .观看管道中，测压管内是否消失气泡，若有气泡，应设法排解。3 .调整尾阀，待水流稳定后，纪录各测压管的读数，管流的流量值。图局部损失数据表留意：对于实扩管，读取测压管3、9的水柱高度。对于突缩管，读取测压管11、12的水柱高度，管道流量则用手工体枳法和使用电子流量计分别测量，取其平均值作为流量值。4 .试验结束后，立即切断电源，关闭水泵。测量内容：用手工和流量计分别测量流量，取平均值填入表格，纪录各种局部损失部件的上、下游的水柱高度。试验数据处理采用数据处理系统计算各种数据。只要将流量，测压管水柱高度填入表格，系